Molecular characterization of Ptf1a activity during Xenopus embryogenesis

Abstract

Für die Bildung eines funktionalen Nervensystems in Vertebraten ist ein Gleichgewicht zwischen inhibitorischen und exzitatorischen Neuronen essentiell. Ein Schlüsselfaktor in der Regulation dieses Gleichgewichts ist der bHLH Transkriptionsfaktor Ptf1a, welcher GABAerge inhibitorische Neurone in der Retina, dem Hinterhirn und im Rückenmark von Vertebraten spezifiziert, zugleich jedoch glutamaterge exzitatorische Neurone unterdrückt. In diesem Zusammenhang benötigt die Aktivität von Ptf1a die Bildung eines trimeren Komplexes, in welchem Ptf1a an ein allgemein exprimiertes E-Protein und an ein Mitglied der Su(H)-Familie bindet. Ptf1a fördert ebenfalls generelle neuronale Differenzierung in X. laevis Embryonen und Explantaten, was darauf hinweist, dass Ptf1a proneurale Aktivität besitzt. In dieser Doktorarbeit wurde die Rolle von Ptf1a im Zusammenhang mit genereller Neurogenese (frühe Funktion) und neuronaler Subtypen-Spezifizierung (späte Funktion) untersucht. Durch eine zeitliche Expressionsanalyse bekannter Gene konnte gezeigt werden, dass Ptf1a durch die Aktivierung von nachgeschalteten Genen, ähnlich dem proneuralen Transkriptionsfaktor Ngn2, in animalen Kappen (naives Ektoderm) zu frühen Zeitpunkten Neurogenese induziert. In späteren Stadien hingegen aktivierte Ptf1a die Expression von Markergenen, die GABAerge Neurone kennzeichnen, während neuronale glutamaterge Markergene von Ngn2 induziert wurden. Eine mutierte Version von Ptf1a (Ptf1aW224A/W242A), welche nicht in der Lage ist, mit dem Kofaktor Su(H) zu interagieren, behielt die Fähigkeit, generelle Neurogenese zu induzieren, nicht aber GABAerge Markergene zu aktivieren. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass Ptf1a in der Entwicklung des Nervensystems kontext-spezifische Transkriptionskomplexe bildet: einen Su(H)-unabhängigen Komplex zur Aktivierung genereller Neuorgenese und einen Su(H)-abhängigen Komplex zur Spezifizierung GABAerger Neurone. Da die Zielgene von Ptf1a in der Entwicklung des Nervensystems nicht genau bestimmt sind, wurden zwei unabhängige Transkriptom-Analysen durchgeführt, um das Ptf1a nachgeschaltete genetische Netzwerk aufzuzeigen. In diesen Untersuchungen wurde eine zeitliche Analyse von Genen durchgeführt, die durch wildtyp Ptf1a, Ptf1aW224A/W242A und Ngn2 in X. laevis animalen Kappen aktiviert werden; direkte Zielgene für Ptf1a und Ptf1a/Su(H) wurden bestimmt durch die Aktivierung dieser Transkriptionsfaktoren unter Vorhandensein eines Proteinsyntheseinhibitors (CHX). Durch dieses Vorgehen konnten viele mutmaßlich neue frühe und späte Zielgene von Ptf1a identifiziert werden. Eine weitere Analyse dieser nachgeschalteten Zielgene dürfte darüber Aufschluss geben, wie Ptf1a generelle Neurogenese und neuronale Subtypen-Spezifizierung reguliert.